一种基于虚拟同步技术的直驱风机高穿改进控制制造技术

本发明专利技术针对电网暂态过电压易导致直驱风机网侧变流器达到其交流电压调节上限，从而造成交直流功率耦合振荡，引发失稳或过压切机保护问题，提出一种高穿时通过动态调节直流母线电压增加GSC可控性的改进控制方案。其中，有功控制通过改进VSG技术，设计功率补偿项，对外增加系统频率支撑，对内减少母线电压波动；无功控制以行业标准为依据，通过向电网注入无功电流支撑电压恢复。改进控制有效提高机组故障连续穿越能力，提高了风机发电的效率和电能质量，提高了系统稳定性。提高了系统稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于虚拟同步技术的直驱风机高穿改进控制


[0001]本专利技术涉及分布式发电微电网逆变器控制领域，特别是涉及一种基于虚拟同步技术的直驱风机高穿改进控制。

技术介绍

[0002]规模化风电的有效消纳往往需要高压外送系统。但典型的大容量新能源外送工程其送端系统都与主网存在一定的电气距离，且附近配套的火电机组容量不足，使其呈现“弱支撑”电网特性。
[0003]具备这种特性的电网，当发生各类故障时，易引发频率和电压的大幅波动振荡，并触发风机脱网，严重的甚至导致连锁反应，引起大停电事故。而风机故障穿越策略的设计有助于增强机组抵抗高、低电压冲击的能力。从系统场站角度提升故障穿越能力的方案虽然研究成果较为丰富，但是实际可行性不足，因此充分发挥、完善风机本身的无功支撑能力很有必要。
[0004]电网暂态过电压易导致网侧变流器达到其交流电压调节上限，从而造成交直流功率耦合振荡，引发失稳或过压切机保护。对于暂态过电压，故障除了具有击穿器件或触发脱网的危害之外，还会影响GSC对输出有功、无功的控制能力，易引发交直流耦合的功率振荡。受调制方式和直流母线电压影响，GSC交流侧电压幅值存在上限当暂态过电压达到时，会超出GSC可控范围；若GSC控制策略不变，一方面维持直流侧U
dc
不变，一方面维持交流侧单位功率因数输出，易引发交直流功率耦合振荡，继而失稳脱网。
[0005]本专利提出高穿时通过动态调节直流母线电压增加GSC可控性。

技术实现思路

[0006]本专利技术提出一种基于虚拟同步技术的直驱风机高穿改进控制。具体技术方案如下。
[0007]一种基于虚拟同步技术的直驱风机高穿改进控制，其特征在于，所述策略在高电压故障期间，通过动态调节直流母线电压增加GSC可控性，以此提高机组故障连续穿越能力；其中，有功控制通过改进VSG技术，设计功率补偿项，对外增加系统频率支撑，对内减少母线电压波动；无功控制以行业标准为依据，通过向电网注入无功电流支撑电压恢复；详细控制原理为:
[0008]1)依据标准要求得到无功环控制参数：
[0009][0010]2)有功环控制参数：
[0011][0012]3)通过GSC有功环稳定直流母线电压，但有功环控制会面临交流侧暂态过电压引起的GSC失控问题，按标准要求进行无功支撑后，在感性电流的作用下，I
g
增大，V
L
随之增大，电感的分压作用增强，V
e
'幅值有所降低，矢量不平衡情况得到改善，但依然不能满足变流器最大调节能力的要求；有无功电流支撑的情况下，GSC可控的极限故障电压是V3，依据矢量图求得：
[0013][0014]4)通过调节母线电压U
dc
增加幅值上限，控制其稳定在平衡点L，在L点有：
[0015][0016]若电感L的功率因数角为在电流矢量三角形中有：
[0017][0018]在电感电压矢量三角形中有：
[0019][0020]在三角形Δ
OLQ
中有：
[0021][0022]幅值上限此时应满足：可求得满足的母线电压为：
[0023][0024]当U
T
超过V3时，依据上式设置直流母线电压参考值即可满足GSC电压矢量控制。
[0025]所述基于虚拟同步技术的原理为：VSG的经典控制稳态下垂方程为：
[0026][0027]K
ω
为有功调频系数，K
u
为无功调压系数；对于上式的P
‑
ω有功环路，鉴于故障期间有功不平衡与系统频率变化之间的相关性有限，其主要由电压突变引起，因此应建立有功和故障电压之间的P
‑
U联系；考虑到故障瞬间，电压突变，电流基于反馈调节短时间内维持不变，造成有功输出骤变，引发暂态波动，因此应通过设置功率补偿项抵消不平衡突变量，具体方法为：实时检测故障前输出有功功率和电流故障发生瞬间，检测故障电压U
T
，计算故障后维持有功不变的电流值计算电流差值得到功率补偿项类比有功下垂公式，将上述功率补偿项代入下垂方程代替频率反馈项，得到:
[0028][0029]本专利技术的有益效果是：通过对有功频率环做优化改动，依靠补偿电流，使其迅速达到故障下的调节目标值，稳定功率输出，有效减缓了暂态波动的过渡过程。
附图说明
[0030]图1为传统控制模式GSC矢量示意图；
[0031]图2为连续穿越策略下的改进控制原理图。
具体实施方式
[0032]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0033]VSG原理为通过在电力电子器件控制中加入“摇摆方程”、“下垂控制”等，使变流器模拟传统同步机组的惯量、阻尼和一次调频等特性。控制部分主要包括：有功和频率控制环，无功和电压控制环，虚拟阻抗控制，电流闭环控制，PWM调制。有功和频率控制环由惯量阻尼模型和频率调节器模型二部分构成。其微分方程为：
[0034][0035]P
ref
为有功功率参考值，P
e
为VSG输出的电磁功率，ω
s
为系统参考角速度，J为VSG转动惯量，D为阻尼系数。无功和电压控制的微分方程：
[0036][0037]Q
ref
为无功功率参考值，Q
e
为VSG输出的无功功率，E
g
为系统参考电压。VSG稳态下垂方程为：
[0038][0039]K
ω
为有功调频系数，K
u
为无功调压系数。以上是VSG的经典控制方程组，但是该模型是基于系统小扰动而设计的稳态模型，本文将其应用到大扰动下的电压穿越工况，需要在此基础上做相应改动以适用于故障暂态。对于P
‑
ω有功环路，鉴于故障期间有功不平衡与系统频率变化之间的相关性有限，其主要由电压突变引起，因此应建立有功和故障电压之间的P
‑
U联系。
[0040]考虑到故障瞬间，电压突变，电流基于反馈调节短时间内维持不变，造成有功输出骤变，引发暂态波动，因此应通过设置功率补偿项抵消不平衡突变量，具体方法为：实时检测故障前输出有功功率和电流故障发生瞬间，检测故障电压U
T
，计算故障后维持有功
不变的电流值计算电流差值得到功率补偿项类比有功下垂公式，将上述功率补偿项代入代替频率反馈项，得到
[0041][0042]通过对有功频率环做优化改动，依靠补偿电流，使其迅速达到故障下的调节目标值，稳定功率输出，有效减缓了暂态波动的过渡过程。行业标准要求，故障期间风电场应向电力系统注入动态无功电流，并满足下式：
[0043]ΔI
T
＝K2×
(U
T
‑
1.1)
×
I
N
,(1.1≤U
T
≤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟同步技术的直驱风机高穿改进控制，其特征在于，所述策略在高电压故障期间，通过动态调节直流母线电压增加GSC可控性，以此提高机组故障连续穿越能力；其中，有功控制通过改进VSG技术，设计功率补偿项，对外增加系统频率支撑，对内减少母线电压波动；无功控制以行业标准为依据，通过向电网注入无功电流支撑电压恢复；详细控制原理为:1)依据标准要求得到无功环控制参数：2)有功环控制参数：3)通过GSC有功环稳定直流母线电压，但有功环控制会面临交流侧暂态过电压引起的GSC失控问题，按标准要求进行无功支撑后，在感性电流的作用下，I
g
增大，V
L
随之增大，电感的分压作用增强，V
′
e
幅值有所降低，矢量不平衡情况得到改善，但依然不能满足变流器最大调节能力的要求；有无功电流支撑的情况下，GSC可控的极限故障电压是V3，依据矢量图求得：4)通过调节母线电压U
dc
增加幅值上限，控制其稳定在平衡点L，在L点有：若电感L的功率因数角为在电流矢量三角形中有：在电感电压矢量三角形中有：在三角形Δ
OLQ
中有：幅值上限此时应满足：可求...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜湘武，王德胜，马腾宇，雷国庆，贾焦心，
申请(专利权)人：保定友源电力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：